芯耀
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寫在前面的話
搞工控的朋友們，你們是不是經(jīng)常被RS-485通信問(wèn)題搞得頭疼？本來(lái)好好的系統(tǒng)，突然就不通信了，或者時(shí)好時(shí)壞，讓人抓狂。別急，今天咱們就來(lái)聊聊這個(gè)話題。我在工控行業(yè)摸爬滾打十幾年，RS-485的坑基本上都踩過(guò)了，今天就把這些經(jīng)驗(yàn)分享給大家。
說(shuō)起RS-485，這玩意兒確實(shí)挺皮實(shí)的，抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，所以在工廠、樓宇自控這些地方用得特別多。但是話說(shuō)回來(lái)，再好的東西也會(huì)出問(wèn)題，關(guān)鍵是你得知道怎么找問(wèn)題、怎么解決問(wèn)題。
先說(shuō)說(shuō)常見的那些"癥狀"
1. 徹底"失聲"了
這種情況最直接，就是設(shè)備之間完全沒(méi)法交流了。上位機(jī)軟件一直顯示通信超時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信指示燈要么不亮，要么一直亮著不閃。遇到這種情況，十有八九是硬件出了毛病。
2. "斷斷續(xù)續(xù)"的毛病
這種最煩人，一會(huì)兒通一會(huì)兒不通，就像信號(hào)不好的手機(jī)一樣。數(shù)據(jù)包經(jīng)常丟失，錯(cuò)誤率特別高。我遇到過(guò)一個(gè)項(xiàng)目，誤碼率能達(dá)到20%，簡(jiǎn)直沒(méi)法用。
3. "選擇性失明"
有些設(shè)備能通信，有些不行。比如說(shuō)你有10個(gè)從站，可能只有6個(gè)能正常工作，剩下4個(gè)就像隱身了一樣。這種問(wèn)題通常是某些節(jié)點(diǎn)出了狀況。
4. "雞同鴨講"
能收到數(shù)據(jù)，但是內(nèi)容亂七八糟的。CRC校驗(yàn)經(jīng)常失敗，解析出來(lái)的數(shù)據(jù)完全不對(duì)頭。
我的診斷"三板斧"
遇到RS-485問(wèn)題，我一般是這么查的：
第一斧：先看硬件
拿萬(wàn)用表測(cè)測(cè)AB線之間的電壓，正常情況下應(yīng)該在-7V到+12V這個(gè)范圍內(nèi)。然后檢查終端電阻，標(biāo)準(zhǔn)是120歐姆。我見過(guò)太多項(xiàng)目，問(wèn)題就出在這些基礎(chǔ)的地方。
有一次去現(xiàn)場(chǎng)，工人師傅說(shuō)設(shè)備不通信了。我一測(cè)，AB線之間電阻無(wú)窮大，原來(lái)是線斷了。這種問(wèn)題，萬(wàn)用表一測(cè)就知道了。
第二斧：看波形質(zhì)量
示波器是個(gè)好東西，能直觀地看到信號(hào)長(zhǎng)什么樣。正常的RS-485信號(hào)應(yīng)該是方方正正的，邊沿清晰，沒(méi)有毛刺。如果波形亂七八糟，那肯定有干擾或者阻抗不匹配的問(wèn)題。
第三斧：分析協(xié)議
用協(xié)議分析工具抓包看看，數(shù)據(jù)格式對(duì)不對(duì)，波特率設(shè)置對(duì)不對(duì)。現(xiàn)在有很多免費(fèi)的工具，配合USB轉(zhuǎn)485的適配器就能用。
常見問(wèn)題，我來(lái)給你支招
接線這檔子事兒
線接反了這是新手最容易犯的錯(cuò)誤。A線和B線接反了，信號(hào)就反了。解決辦法很簡(jiǎn)單，把所有設(shè)備的A、B線統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)就行。我建議用紅線接A，藍(lán)線接B，這樣不容易搞混。
終端電阻的學(xué)問(wèn)很多人不知道終端電阻該怎么接。記住一個(gè)原則：只在總線的兩頭接，中間的設(shè)備千萬(wàn)別接。我見過(guò)有人每個(gè)設(shè)備都接一個(gè)120歐的電阻，結(jié)果整個(gè)網(wǎng)絡(luò)阻抗亂套了。
還有就是，短距離的應(yīng)用（比如50米以內(nèi)），而且波特率不高的話，終端電阻有時(shí)候可以不要。但是長(zhǎng)距離高速率的，必須得要。
拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)別搞錯(cuò)RS-485最好用手拉手的連接方式，別搞成星型。我見過(guò)有個(gè)項(xiàng)目，從主控室拉出好幾根線到不同的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，每根支線都挺長(zhǎng)的，結(jié)果通信質(zhì)量特別差。后來(lái)改成菊花鏈連接，問(wèn)題就解決了。
電氣問(wèn)題要重視
共模電壓這個(gè)隱形殺手AB線對(duì)地的電壓如果超出范圍，收發(fā)器芯片就可能燒壞。我遇到過(guò)一個(gè)項(xiàng)目，設(shè)備老是莫名其妙地壞，后來(lái)發(fā)現(xiàn)是接地有問(wèn)題，共模電壓高達(dá)十幾伏。
解決辦法有幾個(gè)：
- 所有設(shè)備統(tǒng)一接地用
- 隔離型的RS-485模塊
- 選擇ESD保護(hù)能力強(qiáng)的芯片
電源干擾不能小看有些時(shí)候，通信問(wèn)題其實(shí)是電源質(zhì)量差引起的。特別是開關(guān)電源的紋波大，或者有大功率設(shè)備啟停的時(shí)候。
我的經(jīng)驗(yàn)是，給通信模塊用單獨(dú)的電源，而且最好加上濾波器。有條件的話，用隔離電源是最保險(xiǎn)的。
環(huán)境干擾要防范
電磁干擾工廠里電磁環(huán)境復(fù)雜，變頻器、大電機(jī)這些設(shè)備都是干擾源。我一般建議：
- 用屏蔽線，而且要正確接地
- 通信線和動(dòng)力線分開走，距離保持30厘米以上
- 實(shí)在不行就加磁環(huán)，很管用的
雷擊保護(hù)戶外的線路一定要做好防雷。我推薦用氣體放電管加TVS二極管的組合，三級(jí)保護(hù)最可靠。別為了省錢不做防護(hù)，設(shè)備一旦被雷擊，損失更大。
設(shè)備故障怎么查
收發(fā)器壞了如果發(fā)現(xiàn)信號(hào)幅值不夠（正常應(yīng)該大于1.5V），那可能是收發(fā)器芯片壞了。這時(shí)候要一個(gè)一個(gè)設(shè)備地排查，把所有設(shè)備斷開，逐個(gè)接入測(cè)試。
單片機(jī)接口問(wèn)題有時(shí)候不是485芯片的問(wèn)題，而是單片機(jī)的UART接口有問(wèn)題。用邏輯分析儀檢查TX、RX信號(hào)，看看波特率、數(shù)據(jù)位這些參數(shù)對(duì)不對(duì)。
高手才用的診斷技巧
TDR時(shí)域反射儀
這個(gè)東西特別好用，能精確定位線路故障點(diǎn)。原理就是發(fā)射一個(gè)脈沖，然后分析反射回來(lái)的波形。斷路、短路、阻抗不匹配的位置都能找到，精度能到1米以內(nèi)。
眼圖分析
對(duì)于高速通信，眼圖是個(gè)很好的工具。眼圖張得越開，說(shuō)明信號(hào)質(zhì)量越好。如果眼圖快閉合了，那就得優(yōu)化線路了。
協(xié)議分析
現(xiàn)在的協(xié)議分析工具很強(qiáng)大，能自動(dòng)解碼Modbus、Profibus這些協(xié)議。異常的幀、錯(cuò)誤的參數(shù)一目了然。
防患于未然的維護(hù)心得
定期巡檢
每個(gè)季度我都會(huì)檢查一遍關(guān)鍵系統(tǒng)：
備用方案
重要的系統(tǒng)一定要有備用通道。光纖轉(zhuǎn)換器是個(gè)不錯(cuò)的選擇，完全電氣隔離，而且傳輸距離遠(yuǎn)。
冗余設(shè)計(jì)
對(duì)于特別關(guān)鍵的應(yīng)用，我建議用雙總線設(shè)計(jì)。一路出問(wèn)題了，另一路還能工作。
給你講個(gè)真實(shí)案例
前兩年我去一個(gè)水泥廠處理問(wèn)題，他們的生產(chǎn)線控制系統(tǒng)經(jīng)常出通信故障，每天都要重啟好幾次，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。
到了現(xiàn)場(chǎng)一看，PLC柜和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的485通信線和380V的動(dòng)力電纜走在同一個(gè)橋架里，而且還沒(méi)用屏蔽線。用示波器一測(cè)，信號(hào)上疊加了很強(qiáng)的工頻干擾。
解決方法很簡(jiǎn)單：
- 重新布線，通信線單獨(dú)走管
- 換成雙屏蔽電纜
- 在關(guān)鍵位置加了磁環(huán)
改完以后連續(xù)運(yùn)行了一年多，再也沒(méi)出過(guò)問(wèn)題。
最后說(shuō)兩句
RS-485的問(wèn)題說(shuō)復(fù)雜也復(fù)雜，說(shuō)簡(jiǎn)單也簡(jiǎn)單。關(guān)鍵是要有系統(tǒng)的思路，從物理層到協(xié)議層，一步步排查。
我的經(jīng)驗(yàn)是，80%的問(wèn)題都出在接線和接地上，這些基礎(chǔ)的東西一定要重視。剩下的20%可能涉及到干擾、設(shè)備故障這些，需要用到專業(yè)的測(cè)試工具。
最重要的是，要建立標(biāo)準(zhǔn)的操作流程和文檔。每次遇到問(wèn)題，都要記錄下來(lái)，時(shí)間長(zhǎng)了就有了自己的故障庫(kù)。
